水土流失是全球最大的環境問題，全球有 65%的土地存在不同程度的土地退化。中國是世界上土壤侵蝕較為嚴重的國家之一。據統計，中國水土流失面積 3． 67 ×106km2，水土流失使我國每年流失土壤 5． 0 ×109t，水土流失使得土壤的表土層隨徑流流走，土壤中的營養物質大量流失，造成土壤物理化學性質的改變，從而造成土壤質量的下降、土地退化以及生產力的急劇下降〔1〕。Fernandez 等〔2〕研究發現，土壤水分、土壤有機質與土壤的侵蝕和流失有著密切的聯系。賈銳魚等〔3〕對黃土高原南部的水土流失進行研究后發現，該區因水土流失造成小麥減產達 28%。依據我國現有的水土流失狀況，劇烈流失區主要分布在黃土高原。

有關土壤侵蝕對徑流、泥沙和養分的影響以及土壤侵蝕與土壤碳循環之間的關系進行了大量的研究〔4 －7〕，然而，定量的探討土壤侵蝕與土壤養分的關系，近年來雖然開展了一些研究〔8 －9〕，但相對較少。

土壤微生物作為土壤系統重要的組成部分，土壤碳循環過程的重要參與者，在土壤生態系統的能量流動和養分轉化中起著很重要的作用，因此，研究土壤侵蝕與土壤微生物之間的關系具有重要意義。本文利用137Cs 表征土壤侵蝕程度，定量研究土壤侵蝕與土壤養分、土壤微生物之間的關系，為更好的理解水土流失過程與土壤功能和過程之間的聯系奠定科學基礎。

1 試驗材料與方法

1． 1 研究區域概況

研究 區 位 于 陜 西 省 延 安 市 羊 圈 溝 小 流 域\\( 36°41' ～36°42'N，109°30' ～ 109°31'E\\) ，流域面積2． 02 km2，該區地形破碎，溝壑縱橫，屬于黃土高原丘陵溝壑地貌，暖溫帶半干旱季風氣候，海拔1 025 ～ 1 250 m，年平均降水量 550 mm，降水量年內和年際間變化大，70% 的降水集中在每年的 7—9月。該區域土壤類型主要為黃綿土，抗蝕性差，水土流失嚴重〔10〕。

在羊圈溝小流域內選擇 4 個典型的坡面，單一刺槐林坡面\\( F\\) 、單一撂荒草地坡面\\( G\\) 、在上坡、中坡和下坡分別分布為草地、林地和草地的草地—林地—草地搭配坡面\\( G － F － G\\) 及分布為林地、草地和林地的林地—草地—林地搭配的坡面\\( F － G －F\\) 。坡面上林地均為恢復年限 25 a 的刺槐林，草地為同期退耕后形成的撂荒地。每個坡面由上而下將坡面劃分為坡頂、坡肩、坡背、坡腳和坡趾 5 個典型地形部位。自坡頂到坡趾設置 5 ～6 個樣地，樣地分布見圖 1，每個樣地約 200 m2，每個樣地內設置3 個樣方，面積為 25 m2，具體樣地信息見表 1?！颈?】


1． 2 土樣采集方法

2007 年 8 月在樣地的 3 個樣方中分別進行 0 ～10 cm 土層樣品的采集，每個土壤樣品為 5 鉆隨機土樣的混合。一部分新鮮土樣過 2 mm 篩后于 4 ℃保存，用于土壤微生物生物量和功能多樣性的測定;一部分土樣冷凍干燥后 －40 ℃保存，用于微生物群落結構的測定; 另一部分土樣風干過 2 mm 篩，用于pH 和電導率的測定，過 100 目篩用于有機碳和全氮的測定。在坡面上每個樣地內用 3． 5 cm 土鉆采集0 ～ 20 cm 土壤樣品，經過風干、研磨、過 2 mm 篩、稱重和裝盒等過程后進行137Cs 的測定。

1． 3 137Cs 測定方法土壤中137Cs 測定用高純鍺伽瑪能譜儀，測量時間不少于 28 000 s，測量相對誤差 ＜ 10% \\( 置信度95% \\) ，土壤樣品比活度由標準源相對比較法得到。

土壤侵蝕量計算選用農耕地侵蝕模型〔11〕，即：【1】


式中: A 表示采樣點137Cs 面積活度\\( Bq·m－ 2\\) ; Aref表示研究區137Cs 背景值\\( Bq·m－ 2\\) ; h 為土壤年流失厚度\\( cm\\) ; H 為耕作層厚度\\( cm\\) ; T 為采樣年份。1． 4 土壤理化性質的測定方法土壤容重采用環刀法，pH 采用酸度計\\( 土∶水 =1∶ 2． 5\\) ，電導率采用電導率儀\\( 土∶ 水 = 1∶ 2． 5\\) 測定，土壤有機碳采用重鉻酸鉀氧化外加熱法，全氮采用半微量凱式法〔12〕。

1． 5 土壤微生物生物量及多樣性的測定方法

土壤微生物生物量碳采用氯仿熏蒸浸提法，氯仿熏蒸和未熏蒸土壤用 0． 5 mol·L－ 1K2SO4溶液浸提，土液比 1∶ 4，浸提溶液中有機碳含量采用 UV-Persuate 全自動有機碳分析儀 \\( Tekmar-DohrmannCo． USA\\) 測定，轉換系數 kC= 0． 45〔13〕。

土壤微生物多樣性用 BIOLOG 方法進行測定〔14 －16〕。培養 96 h 的數據用于計算土壤微生物群落功能多樣性。

Shannon-Wiener 多樣性指數 H'：【2】


式中: S 為被利用碳源的總數目; Pi為第 i 個孔的相對吸光值與整個微平板相對吸光值的比值，計算公式為Pi=C － R∑\\( C － R\\); C為有碳源的每個孔的光密度值; R 為對照孔的光密度值。

土壤微生物群落結構采用磷脂脂肪酸\\( PLFA\\)方法進行測定〔17〕，PLFA 的總量和單個 PLFA 的量可以用內標 19: 0 來進行計算。真菌的量用 18: 2ω6表示; 細菌的量用下列脂肪酸總和表示: i14: 0，i15: 0，a15: 0，15: 0，i16: 0，16: 1ω9，16: 1ω7t，i17: 0，a17: 0，17: 0，cy17，18: 1ω7，cy19〔18〕。

1． 6 數據分析方法

利用 Excel 2003 整理數據，SPSS 中的回歸分析研究土壤侵蝕與土壤理化性質及土壤微生物之間的關系。

2 結果與分析

2． 1 137CS 含量在坡面上的空間分布137Cs 的含量用來表征土壤侵蝕程度，137Cs 的含量越低，表明土壤侵蝕越嚴重，137Cs 的含量在坡面上不同坡位的分布差異十分顯著，不同的植被格局下土壤的侵蝕過程存在差異\\( 圖 2\\) ?？傮w來講，單一植被坡面刺槐林地和撂荒草地137Cs 含量的分布規律較為相似，中坡位和下坡位的含量比較高，而兩種林草搭配的坡面上137Cs 含量的分布規律較為相似，在坡頂和下坡位含量較高。

2． 2 137Cs 含量與土壤理化性質之間的關系將 4 個不同坡面上不同坡位的137Cs 含量與土壤理化性質進行回歸分析后發現，137Cs 含量與土壤有機碳\\( SOC\\) 、全氮\\( TN\\) 、容重\\( BD\\) 和電導率\\( EC\\) 之間均存在顯著的回歸關系\\( P ＜0． 05\\) ，R2在0． 277 9 ～ 0． 629 3，但不同的土壤理化性質與137Cs含量之間呈現的最佳擬合方程存在差異，土壤有機碳和全氮為二項式，容重為線性回歸方程，而電導率與137Cs 含量之間則為對數方程。土壤侵蝕過程對不同的土壤理化指標影響不同，其中，土壤有機碳、全氮和容重隨著137Cs 含量的升高而升高，電導率則隨著137Cs 含量的升高而降低。而土壤水分和 pH與137Cs 的含量之間關系不明顯\\( 圖 3\\) ?！緢D略】

2． 3 137Cs 含量與土壤微生物生物量及土壤微生物功能多樣性之間的關系土壤侵蝕對土壤微生物生物量沒有直接的影響，137Cs 的含量與微生物生物量碳\\( MBC\\) 之間無顯著的回歸關系\\( 圖 4\\) 。但回歸分析顯示，土壤侵蝕對微生物功能多樣性存在顯著的影響，微生物功能多樣性指數隨著137Cs 含量的增加呈降低趨勢\\( 圖 5\\) ?！緢D略】

2． 4137Cs 含量與微生物菌群之間的關系將137Cs 含量與細菌、真菌、革蘭氏陰性菌和陽性菌分別進行回歸分析，研究表明，137Cs 含量與土壤微生物生物量之間沒有顯著的相關關系，但137Cs含量與細菌、革蘭氏陰性菌和陽性菌之間均存在顯著的相關關系\\( P ＜0． 05，圖 6\\) ，R2分別為 0． 401 4、0． 341 6 和 0． 388 6，隨著137Cs 含量的增加，細菌、革蘭氏陰性菌和陽性菌的變化趨勢相似，呈現先降低再升高的趨勢。137Cs 含量與真菌之間的回歸關系未達到顯著水平\\( P ＞0． 05\\) ?！緢D略】

3 討 論

137Cs 含量與土壤理化性質之間存在顯著的相關關系，土壤侵蝕可以直接影響土壤有機碳、全氮、容重和電導率。研究結果與以往的結果相一致，Li等〔8〕發現，137Cs 可以直接定量表示土壤有機碳在坡面上的重新分配;137Cs 和土壤有機碳之間存在顯著的正相關關系〔6〕。土壤中密度比較小、粒徑比較小的黏粒和砂粒在水土流失過程中比較容易隨徑流流失，而土壤有機碳主要集中分布在表土層且密度較低，因此，較容易受土壤侵蝕的影響〔19 －20〕。也有研究表明，137Cs 含量與全氮之間沒有顯著的相關關系，土壤全氮的含量主要受植被的影響〔9〕。

土壤微生物在黃土丘陵溝壑區坡面上自坡頂至坡趾存在一定的空間分布規律〔21〕，但本研究中坡面上137Cs 含量和土壤微生物生物量之間未見顯著的相關關系。在本研究樣地內進行的相關研究發現，土壤微生物生物量與土壤養分之間存在顯著的相關關系〔22〕，這也與以往的研究相一致〔23〕，同時，137Cs含量與土壤養分之間也存在顯著的相關關系，因此，推斷土壤侵蝕對土壤微生物生物量的影響主要是通過影響土壤養分的分布從而間接影響微生物生物量的分布。對137Cs 含量和微生物不同群落進行回歸分析發現，土壤侵蝕與細菌菌群之間存在顯著的相關關系，關于侵蝕環境下137Cs 含量與土壤微生物之間的關系相關研究較少，結論不是很明確，且土壤微生物與土壤理化性質相比，更易受外界如植被及環境因素的影響，對外界的變化反應更為敏感，因此，還需要更進一步的研究。研究中發現，137Cs 含量與土壤微生物功能多樣性指數之間存在顯著的負相關關系，很難理解隨著137Cs 含量的升高，而微生物功能多樣性指數為什么呈降低趨勢，但從歷史上講，在植被恢復以前，黃土丘陵溝壑區坡耕地主要分布在侵蝕較難發生、地形較為平坦的坡頂和坡腳位置，而耕作可以明顯減少微生物的多樣性〔24〕，長期的耕作可以引起土壤干燥，破壞土壤的機械結構，土壤的板結，減少土壤的孔隙度，干擾微生物對食物資源的獲取，從而減少微生物的多樣性〔25〕。

4 結 論

通過坡面上137Cs 含量與土壤理化性質和土壤微生物性質之間的關系研究，可以看出，土壤侵蝕過程能夠直接影響土壤養分的分布，且對土壤的結構產生影響，對土壤微生物的影響機制較為復雜，主要通過影響土壤性質，改變土壤微生物群落的生長環境和營養物質的含量來影響土壤微生物的繁殖，兩者之間的關系還需更深入的研究。